鋰鋁矽酸鹽之負熱膨脹陶瓷製程

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許國君(Gwo-Jiun Sheu) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

鋰鋁矽酸鹽之負熱膨脹陶瓷製程
(The Fabrication Process of Making LAS Ceramic with High Negative Coefficient of Thermal Expansion)

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摘要(中)

鋰鋁矽酸鹽具有多種不同膨脹性質的固溶體，其中beta-eucryptite相具有負熱膨脹特性，可用來製作負熱膨脹陶瓷，其寬廣的溫度使用範圍以及線性可調的負熱膨脹值，極適合當作熱補償元件基材，加上具有良好耐熱性、耐熱衝擊性及高強度特性，使其可應用範圍更加廣泛，本研究將針對提供光纖光柵之熱補償係數值研發適當之陶瓷製程。
實驗中將碳酸鋰、氧化鋁及氧化矽三者粉末依適當的化學劑量配比均勻混合，並利用固態燒結的方法製作鋰鋁矽酸鹽陶瓷。以X光粉末繞射檢測LiAlSiO4之生成溫度，並藉著TMA的分析求得最佳的燒結溫度，及相對於所需膨脹係數值之燒結停留時間，同時以電子顯微鏡觀察陶瓷內部晶粒的組織結構，並比較與燒結溫度場之間的關係，進而開發出最佳的陶瓷製程。
由實驗結果知道，在越高的燒結溫度以及越久的停留時間條件下，可以得到負熱膨脹值越高的陶瓷，而均勻的加熱場以及適當的熱處理條件可以改善陶瓷熱膨脹遲滯及偏移之不穩定現象。

摘要(英)

Several solid-phases have different thermal-expansion coefficients in the lithium aluminosilicate (LAS) system, in which the beta-eucryptite(LiAlSiO4) phase has negative coefficient of thermal expansion.

關鍵字(中)

★ 鋰霞石
★ 負熱膨脹
★ 熱補償
★ 鋰鋁矽酸鹽

關鍵字(英)

★ eucryptite
★ negative thermal-expansion
★ thermal compensation
★ LAS

論文目次

目錄
摘要 …………………………………………………………………… I
誌謝 ……………………………………………………………………II
目錄……………………………………………………………………III
表目錄 ………………………………………………………………… V
圖目錄………………………………………………………………… VI
第一章緒論 ………………………………………………………… 1
1.1 簡介 …………………………………………………………… 1
1.2 文獻回顧 ……………………………………………………… 3
1.3 研究目的 ……………………………………………………… 5
第二章 beta-eucryptite之膨脹機構與陶瓷製程………………… 8
2.1 beta-eucryptite之晶體結構………………………………… 8
2.2 beta-eucryptite之負熱膨脹原理…………………………… 8
2.3 陶瓷製作原理 ………………………………………………… 9
2.4 陶瓷製備過程 …………………………………………………10
2.5 性質檢測與分析 ………………………………………………10
第三章結果與討論 …………………………………………………12
3.1 確定固溶相成分及陶瓷組成比例 ……………………………12
3.2 非等向性膨脹係數及其不穩定性 ……………………………12
3.3 從晶粒結構分析燒結條件及膨脹係數 ………………………14
第四章結論 …………………………………………………………15
參考文獻 ………………………………………………………………16
附錄一 …………………………………………………………………19
表目錄
表1.1 製程差異比較表 …………………………………………… 20
表1.2 負熱膨脹陶瓷材料比較表 ………………………………… 21
表3.1 燒結T1300 H4及H12之陶瓷組成Al、Si、O比例 ………… 22
表3.2 各種不同燒結條件之陶瓷膨脹係數與標準差 …………… 23
圖目錄
圖1.1 Li2O-Al2O3-SiO2之三元平衡相圖………………………… 24
圖1.2 Li2O．Al2O3-SiO2之二元平衡相圖…………………………25
圖2.1 原子排列之結構示意圖(a) …………………………………26
圖2.1 原子排列之結構示意圖(b) …………………………………27
圖2.2 Li原子排列之相對位置示意圖………………………………28
圖2.3 晶格膨脹收縮示意圖 ……………………………………… 29
圖3.1 在燒結溫度1100 、1150 、1300 、1350 皆停留
4小時之XRPD繞射圖 …………………………………………31
圖3.2 成分為LiAlSiO4結晶固溶體之Standard繞射峰……………32
圖3.3 樣品位置及量測方向示意圖 ……………………………… 33
圖3.4 有無熱處理之陶瓷平均膨脹係數 ………………………… 34
圖3.5 溫度1300 燒結12小時之未均勻受熱陶瓷SEM圖……………35
圖3.6 為上圖微晶粒之放大圖 …………………………………… 35
圖3.7 溫度1300 燒結12小時之均勻受熱陶瓷SEM圖 …………… 36
圖3.8 為上圖晶粒擴散反應之放大圖 …………………………… 36
圖3.9 未均勻受熱之陶瓷晶塊SEM圖 ………………………………37
圖3.10 均勻受熱之陶瓷晶塊SEM圖…………………………………37
圖3.11 經過熱處理之均勻受熱陶瓷SEM圖…………………………38
圖3.12 經過熱處理之均勻受熱陶瓷晶粒癒合圖………………… 38
圖3.13 經過熱處理之均勻受熱陶瓷晶塊SEM圖……………………39
圖3.14 溫度1300 燒結12小時之x軸膨脹曲線…………………… 40
圖3.15 溫度1300 燒結12小時之y軸膨脹曲線…………………… 41
圖3.16 溫度1300 燒結12小時之z軸膨脹曲線…………………… 42
圖3.17 未經熱處理之陶瓷環測曲線……………………………… 43
圖3.18 經過熱處理之陶瓷環測曲線……………………………… 44
圖3.19 不同燒結溫度停留4小時之SEM圖………………………… 45
圖3.20 不同燒結溫度停留16小時之SEM圖…………………………46
圖3.21 不同燒結溫度及時間之平均膨脹係數值………………… 47

參考文獻

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18. 翁瑞坪,“鎢酸鋯陶瓷之製作”,國立中央大學機械工程研究所碩士論文（2000）

指導教授

陳志臣(Jyh-Chen Chen)

審核日期

2002-7-2

推文